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汽車曲柄連桿機構畢業設計

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更新時間：2014-06-18
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摘　　要

本文以捷達EA113汽油機的相關參數作為參考，對四缸汽油機的曲柄連桿機構的主要零部件進行了結構設計計算，并對曲柄連桿機構進行了有關運動學和動力學的理論分析與計算機仿真分析。
首先，以運動學和動力學的理論知識為依據，對曲柄連桿機構的運動規律以及在運動中的受力等問題進行詳盡的分析，并得到了精確的分析結果。其次分別對活塞組、連桿組以及曲軸進行詳細的結構設計，并進行了結構強度和剛度的校核。再次，應用三維CAD軟件：Pro/Engineer建立了曲柄連桿機構各零部件的幾何模型，在此工作的基礎上，利用Pro/E軟件的裝配功能，將曲柄連桿機構的各組成零件裝配成活塞組件、連桿組件和曲軸組件，然后利用Pro/E軟件的機構分析模塊(Pro/Mechanism)，建立曲柄連桿機構的多剛體動力學模型，進行運動學分析和動力學分析模擬，研究了在不考慮外力作用并使曲軸保持勻速轉動的情況下，活塞和連桿的運動規律以及曲柄連桿機構的運動包絡。仿真結果的分析表明，仿真結果與發動機的實際工作狀況基本一致，文章介紹的仿真方法為曲柄連桿機構的選型、優化設計提供了一種新思路。
關鍵詞：發動機；曲柄連桿機構；受力分析；仿真建模；運動分析；Pro/E
目　　錄

摘要 I
Abstract II
第1章緒論 1
1.1 選題的目的和意義 1
1.2 國內外的研究現狀 1
1.3 設計研究的主要內容 3
第2章曲柄連桿機構受力分析 4
2.1 曲柄連桿機構的類型及方案選擇 4
2.2 曲柄連桿機構運動學 4
2.1.1 活塞位移 5
2.1.2 活塞的速度 6
2.1.3 活塞的加速度 6
2.2 曲柄連桿機構中的作用力 7
2.2.1 氣缸內工質的作用力 7
2.2.2 機構的慣性力 7
2.3 本章小結 14
第3章活塞組的設計 15
3.1 活塞的設計 15
3.1.1 活塞的工作條件和設計要求 15
3.1.2 活塞的材料 16
3.1.3 活塞頭部的設計 16
3.1.4 活塞裙部的設計 21
3.2 活塞銷的設計 23
3.2.1 活塞銷的結構、材料 23
3.2.2 活塞銷強度和剛度計算 23
3.3 活塞銷座 24
3.3.1 活塞銷座結構設計 24
3.3.2 驗算比壓力 24
3.4 活塞環設計及計算 25
3.4.1 活塞環形狀及主要尺寸設計 25
3.4.2 活塞環強度校核 25
3.5 本章小結 26
第4章連桿組的設計 27
4.1 連桿的設計 27
4.1.1 連桿的工作情況、設計要求和材料選用 27
4.1.2 連桿長度的確定 27
4.1.3 連桿小頭的結構設計與強度、剛度計算 27
4.1.4 連桿桿身的結構設計與強度計算 30
4.1.5 連桿大頭的結構設計與強度、剛度計算 33
4.2 連桿螺栓的設計 35
4.2.1 連桿螺栓的工作負荷與預緊力 35
4.2.2 連桿螺栓的屈服強度校核和疲勞計算 35
4.3 本章小結 36
第5章曲軸的設計 37
5.1 曲軸的結構型式和材料的選擇 37
5.1.1 曲軸的工作條件和設計要求 37
5.1.2 曲軸的結構型式 37
5.1.3 曲軸的材料 37
5.2 曲軸的主要尺寸的確定和結構細節設計 38
5.2.1 曲柄銷的直徑和長度 38
5.2.2 主軸頸的直徑和長度 38
5.2.3 曲柄 39
5.2.4 平衡重 39
5.2.5 油孔的位置和尺寸 40
5.2.6 曲軸兩端的結構 40
5.2.7 曲軸的止推 40
5.3 曲軸的疲勞強度校核 41
5.3.1 作用于單元曲拐上的力和力矩 41
5.3.2 名義應力的計算 45
5.4 本章小結 47
第6章曲柄連桿機構的創建 48
6.1 對Pro/E軟件基本功能的介紹 48
6.2 活塞的創建 48
6.2.1 活塞的特點分析 48
6.2.2 活塞的建模思路 48
6.2.3 活塞的建模步驟 49
6.3 連桿的創建 50
6.3.1 連桿的特點分析 50
6.3.2 連桿的建模思路 50
6.3.3 連桿體的建模步驟 51
6.3.4 連桿蓋的建模 52
6.4 曲軸的創建 52
6.4.1 曲軸的特點分析 52
6.4.2 曲軸的建模思路 52
6.4.3 曲軸的建模步驟 53
6.5 曲柄連桿機構其它零件的創建 55
6.5.1 活塞銷的創建 55
6.5.2 活塞銷卡環的創建 55
6.5.3 連桿小頭襯套的創建 55
6.5.4 大頭軸瓦的創建 55
6.5.5 連桿螺栓的創建 56
6.6 本章小結 56
第7章曲柄連桿機構運動分析 57
7.1 活塞及連桿的裝配 57
7.1.1 組件裝配的分析與思路 57
7.1.2 活塞組件裝配步驟 57
7.1.3 連桿組件的裝配步驟 58
7.2 定義曲軸連桿的連接 59
7.3 定義伺服電動機 60
7.4 建立運動分析 60
7.5 進行干涉檢驗與視頻制作 61
7.6 獲取分析結果 62
7.7 對結果的分析 64
7.8 本章小結 64
結論 65
參考文獻 66
致謝 67
附錄 68 ...

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